杂化纳米材料.docx

材料的制备与技术
姓名：李菁
学号：20134209204
杂化纳米复合材料的介绍及研究进展
摘要：有机-无机杂化纳米材料由于小尺寸和兼具有机、无机材料的各种优 良性质，在许多领域都有巨大的应用潜质。本文对杂化纳米复合材料的简介，实际工作中，通过正确选择适当催化剂、螯合剂、温 度等参数来控制水解和缩合。对于水解速度较快的金属醇盐，容易产生沉淀而不 出现凝胶，可通过加入金属离子的螯合剂等手段，遏制水解反应速度。如锆醇盐 的水解与缩合反应，以乙酰***或乙酰乙酸乙酯等二羰基化合物为螯合剂，使锆 粒子与螯合剂反应，形成金属烷基螯合物，将锆离子的水解与缩合反应逐渐同步 化，最后形成凝胶。
硅酸盐的水解反应，以酸或碱为催化剂，一般使用过量的水，才能进行比较 彻底的水解。在低温下，控制水解，可以行到均匀透明、氧含量严格按化学计量 的凝胶［6］。

硅氧烷为前驱体的分散体系
溶胶-凝胶过程可在温和的反应条件下，合成相区尺寸接近分子水平的新型 有机-无机杂化材料。通过控制反应条件及选择适宜的反应物可制得性能范围极 为宽广的材料。前驱体一般是金属烷氧化物和金属盐类，可通过它们的水解和缩 合来形成无机网络。如：TEOS的水解和缩合既可以在酸催化下进行，又可以在碱 催化下进行，甚至还可以在中性条件下进行，而且反应容易控制，因而成为最为 普遍采用的无机相前驱体。与金属无机盐可以形成复合纳米微粒，通过原位有机 聚合，得到三相共存的杂化材料。
金属烷氧化物为前驱体的分散体系
除了二氧化硅粒子的前驱体的硅氧烷外，还有如下的反应前驱体：钛酸正丁 酯（TBT），（TiO2）正丙氧基锆（ZrO2）。TBT，水解速度太快，易形成不均相 体系，较难获得透明的杂化材料，应采取一定的措施：一是利用有机酸或0-二 ***如乙酰乙酸乙酯等络合剂先与TBT作用，以降低其反应活性，然后再进行溶胶- 凝胶过程制得杂化材料；二是采用在金属烷氧化合物中滴加用盐酸酸化过的醇水 混合物的方法避免在溶胶-凝胶过程中出现沉淀；三是先将有机聚合物与钛酸正 乙酯（
TET）或TBT按配料比配好溶液，然后将其置于湿度恒定在60%的封闭体系 中，通过这种极为缓慢的供水方式，提供水解所需要的水量，从而达到控制TET 或TBT的水解目的。将TBT配成适宜浓度的四氢呋喃（THF）溶液，然后在苯乙烯- 顺丁烯二酸酐共聚物的存在下通过溶胶-凝胶过程制得杂化材料。为使所得材料 均匀透明，利用3-氨丙基三乙氧基硅烷作为偶联剂打开苯乙烯-顺丁烯二酸酐共 聚物上顺丁烯二酸酐的方法使有机相接上三乙氧基硅基团，与TBT一起水解缩合 可制得两相以共价键结合的淡黄色透明的苯乙烯-顺丁烯二酸酐共聚物/TiO2杂 化材料［7］。

分散质与分散剂原位生成杂化复合材料
复合材料中的有机组分与无机组分在热力学上是不相容的，这不利于无机粒 子在有机聚合物基体中的分散，易造成纳料粒子与有机组分的相分离。利用无机 组分溶胶-凝胶过程中可聚合单体分子同时进行聚合的原理，可形成无纳米相分 离的。仅存在模糊界面甚至无界面的纳米复合材料［8］。有机小分子开环缩合聚 合反应与无机前驱体的水解同时进行，形成半互穿网络（SIPN），或是以自由基 聚合机理如***丙烯酸甲酯、乙烯基毗咯烷***、***丙烯酸环氧丙酯等的聚合与 Si（OR）4水解缩聚成的SiO2网络同步进行，形成杂化复合材料。分散剂为母体， 既是有机聚合物基体又是无机相组分的预聚体，原位生成有机基体和无机相组分， 进而形成杂化复合材料。烷氧硅烷封端的聚氨酯的低聚物在酸性条件下进行端基 的水解和缩合，从而完成二氧化硅纳米粒子的原位生成和聚氨酯的再聚合，分散 剂与分散质同时原位生成相应组分构成杂化复合材料。［9］如：***丙烯 酰氧丙基三甲氧基硅烷进行自由聚合，生成链单元上带有二氧化硅反应前驱体的 大分子主链，然后酸催化水解和缩合，制备透明的柔性无机SiO2/有机杂化凝胶 膜，或无机TiO2/有机杂化凝胶膜。也可用高分子反应单体与二氧化硅前驱体（如 TEOS）混合，然后在一定的反应介质和条件下同时生成有机相和无机相。［10］2.
乙烯基毗咯烷***属于内酰***类化合物，乙烯基连在毗咯烷***的氮原子上，从而具 有独特的性能。在适当的引发剂作用下，或者在光照即可发生聚合反应，生成聚 乙烯基毗咯烷***。即使没有引发剂作用，乙烯基毗咯烷***在长时间储存或者运输 过程中因碰撞等因素的作用也可以生聚合。其高活性为其聚合条件的选择提供了 较大的范围。乙烯基毗咯烷***不仅可自聚，而且还能与很多单体共聚，其共聚物 从水溶性到油溶性不等，用途各异，这些对于指导乙烯基毗咯烷***参与溶胶-凝 胶技术制备杂化复合材料是很有积极意义的。
分散质在大分子分散剂中原位